Общие сведения об очистных станциях

При проектировании станции для очистки канализационных стоков и комплекса очистных сооружений разрабатывается несколько её вариантов. Для каждого варианта проводится технико-экономическая оценка, по результатам которой и проводится выбор. Критерием выбора является минимизация строительных и эксплуатационных расходов на сооружения. При этом комплекс должен обеспечивать требуемые санитарно-гигиенические параметры для сбрасываемых в водоём сточных вод и для самого водоёма. Экологические требования особенно высоки к выпуску, если ниже по течению расположена водопроводная насосная станция.

Схему станции и комплектность очистных сооружений определяют, в первую очередь, количество и состав сточной жидкости.

Станции с механическими методами очистки

Механическая очистка стоков бытового происхождения может сопровождаться отстойниками двухъярусными либо обычными с метантенками. Первые целесообразны для станций в центральной или южной зонах России, обрабатывающих не более 8-10 тыс. м³ сточных вод в сутки. Благодаря простоте эксплуатации, с обслуживанием сооружений может справиться персонал без особой квалификации.

Отстойник с метантенком более экономичен при суточном расходе стоков выше 10 тыс. м³. Горизонтальная конструкция сооружений может быть единственно приемлемой, если в месте их расположения грунтовые воды находятся близко к поверхности. Для комплекса требуются котельное, газовое и другое оборудование. Поэтому для эксплуатации такой станции необходима высокая квалификация технических работников.

Там, где грунт плотен, и грунтовые воды находятся глубоко, для расходов выше 15 тыс. м³/сутки менее затратны комплексы с вертикальными или радиальными отстойниками и метантенками. Существенный выигрыш происходит за счёт относительной дешевизны строительства.

Станции с биологическими методами очистки

Для таких объектов в качестве первой нужно рассматривать схему с полями орошения. Сточные воды должны тогда пройти предварительную механическую очистку. Интенсивную биологическую очистку следует реализовывать только в том случае, когда поля орошения неприменимы. Причинами могут быть повышенная плотность грунта, наличие больших уклонов на рельефе, дефицит площади, суровые климатические условия или переувлажнения.

Поля фильтрации является наиболее выгодным решением, когда грунты обладают высокой проницаемостью, рельеф имеет плоскую топографию, и территории под такую станцию достаточно.

Если требуется глубокая и интенсивная очистка, то, даже при благоприятных условиях для полей фильтрации, может оказаться более выгодным использование биофильтров или аэротенков.

Биофильтры

Такие очистные сооружения целесообразны при необходимости обработки в сутки до 50 тыс. м³ сточных вод. Хотя, в целом, эксплуатация их несложна, но в многосекционных устройствах имеются некоторые проблемы в организации равномерности распределения сточных вод по секциям.

Биофильтры ограничены в использовании в холодном климате и дефиците загрузочного материала. При размещении на плоском рельефе требуются КНС для подъёма сточных вод из пониженных участков в повышенные. Когда доступна дешёвая электроэнергия, то может оказаться целесообразным применение для полной очистки стоков аэротенков. Они рекомендуются для станций с производительностью более 50 тыс. м³/сутки.

Если требуется биологическая очистка частичная, то возможно использование аэротенков в режиме неполной очистки или биофильтров высоконагружаемых.

Канализационные стоки всегда должны предварительно проходить осветление в отстойниках. На станции с малой производительностью для этого используются двухъярусные и вертикальные, со средней и большой – радиальные.

Для средних и малых очистных станций выгодным может оказаться использование аэрофильтров. Они компактны, поэтому могут разместиться на небольшой площади. На участках с резкими перепадами рельефа за счёт обеспечения хорошего самотечного движения сточных вод и осадка одновременно можно сократить заметно затраты на электроэнергию.

Меры по снижению затрат

Для экономичности очистной станции расходы на её сооружение и эксплуатацию нужно, по возможности, сокращать.

Разовые затраты можно уменьшить проектированием комплекса очистных сооружений в несколько очередей. Увеличение мощности станции должно быть синхронизировано с развитием обслуживаемой канализационной сети.

Экономические выгоды могут быть извлечены из реализации сброженного осадка в качестве удобрения либо продукта, используемого в других целях. Компенсируются затраты в определённой мере и при использовании выделяющегося из метантенка газа для отопления.

Прошедшие все стадии очистки механическим и биологическим способами сточные воды после дезинфекции направляются через отводной канал или трубопровод в колодец, расположенный у берега водоёма. Оттуда они выпускаются в реку.

Обеспечение необходимого уровня смешения сточных вод в водоёме

Выпуск организуется в месте, где сточные воды должны смешаться с водами водоёма в максимально полном отношении. На скорость, с которой будет происходить смешение, в большой степени влияют гидравлические и гидрологические особенности водоёма. К этим особенностям относятся: глубина, скорость потока воды, уклон дна. Отмели, перекаты и резкие повороты русла определяют характер струйности течения воды. Сила ветров и их господствующее направление, как и климатологические условия, также оказывают влияние на быстроту обеззараживания стоков.

Управлять интенсивностью перемешивания вод можно и соответствующей конструкцией выпускающего устройства и места его размещения. По возможности выпуск нужно устраивать в месте максимальной скорости воды в реке. Если сточные воды выпускаются на небольшом расстоянии от берега, тем более – прямо из берегового колодца, то часто берег загрязняется на большом протяжении, измеряемом километрами. Выпускать таким образом можно только воды, полностью очищенные биологически, и на соответствующем расстоянии от ближайшего места, откуда осуществляет забор водопроводная насосная станция.

Когда очищенные сточные воды выпускаются русловым способом, то они по проложенному под водой чугунному или стальному трубопроводу сбрасываются в водоём через оголовок. Такая организация выпуска сточных вод рекомендуется только для систем, не использующих других методов очищения, кроме механических.

Конструкции оголовка

Существует два типа конструктивного исполнения устройства – рассеивающего или сосредоточенного.

Из первой конструкции очищенная сточная вода выпускается в водоём в нескольких его точках, из второй – в одной. Для рассеивающего выпуска на подводном трубопроводе устанавливаются патрубки с насадками конической формы. Для их размещения выбираются места наиболее глубокие и с максимальной скоростью течения. Выпуск такого типа наилучшим образом смешивает с речными водами сточные. Но так как применение конструкций сопряжено с определёнными трудностями, сосредоточенные выпуски распространены в большей степени.

Размещение оголовка

Чтобы подводный трубопровод не заиливался содержимым стоков, их минимальная скорость должна составлять 0,7 м/с. Нужно предпринять меры против размывания дна реки сточными водами и возможности заноса оголовка речными осадками. Нельзя также допускать размыва и подтаивания льда стоками. Для предотвращения указанных явлений следует выдерживать расстояние в полметра-метр от выпускных отверстий, соответственно, до дна реки и до нижней кромки льда.

Для определения местоположения выпуска очищенных канализационных стоков в водоём необходимо получение согласия органов Госсанинспекции, управления судоходства и других заинтересованных организаций.

В мощные водоёмы (моря, озёра, большие реки) можно спускать сточные воды в определённых объёмах без очистки. В экономичном отношении организация выпуска соответствующей длины может оказаться выгоднее, чем возведение очистной станции с прибрежной конструкцией выпуска.

Аварийный выпуск

Для экстренного сброса сточных вод в чрезвычайной ситуации вблизи берега создаётся колодец, из которого через аварийный выпуск и осуществляется эта операция. Воды сбрасываются из берегового колодца в аварийном порядке и тогда, когда на основном выпуске ведутся работы ремонтные либо по техническому обслуживанию.

Организация движения сточных вод самотёком по технологической цепи её обработки даёт весьма существенную экономическую выгоду. Для этого нужно каждое последующее сооружение размещать так, чтобы уровень жидкости в подающем в него отверстии был ниже, чем в сливном у предыдущего. Перепад отверстий по высоте должен быть равен, по меньшей мере, гидравлическим потерям на соединяющей их водопроводной линии. Разность между отметками поверхности вод в подводящем к очистному комплексу канале и в предназначенном для сброса водоёме при наивысшем там уровне должна быть не ниже суммы гидравлических потерь при прохождении водой всех сооружений.

Гидравлические потери

Источниками потерь, из которых складывается общая величина, являются: стенки трубопроводов и лотков для соединения очистных сооружений, водосливы, входные и выходные отверстия каналов, элементы сооружений станции, перепады, запорная арматура и контрольно-измерительная аппаратура. С учётом развития очистной станции в перспективе, рекомендуется рассчитывать величину напора с необходимым запасом.

Для нахождения влияния на потери трубопроводов и лотков используются известные формулы гидравлического расчёта.

В предварительном же порядке можно принять, что сооружения вызывают потери следующие (в метрах):

• решетка, пескоуловитель и двухъярусный отстойник – 0,10-0,25;
• аэротенк – 0,25-0,50;
• вертикальный отстойник – 0,50-0,75;
• иловая площадка – 2,0-3,5;
• биофильтр – 3,0-5,0.

На общую величину потерь напора влияет компактность размещения сооружений. В зависимости от способа очистки можно ориентировочно принять её: для механического – в диапазоне 2÷3 м, для биологического – 5÷8 м.

Если особенности рельефа не позволяют или делают нецелесообразным движение стоков самотёком, то вся линия делится на участки с самотечным движением, соединяемые КНС для подачи сточной жидкости с пониженного конца предыдущего участка на повышенное начало последующего.

Для ила также экономичным будет организация движения самотёком. Но вся трасса каналов перемещения сточных вод внутри станции может оказаться достаточно протяжённой. Тогда очистные сооружения располагают так, чтобы уклоны каналов обеспечивали самотёк сточной жидкости, поскольку её объём значительно больше объёма осадков. Если илу не удаётся придать движение самотечное, то станцию нужно дооборудовать илососами для перекачивания осадков.

Профили

Взаиморасположение очистных сооружений определяется по результатам расчёта профилей движения вод сточных и дренажных, выводимых из иловых площадок, а также осадков. Профили отображаются в проектной документации с увеличенным масштабом – от 1:50 до 1:100 – по вертикали, по горизонтали же масштаб должен быть таким, как и в генеральном плане – от 1:200 до 1:500.

Профили для сточной воды составляются на всю длину её пути, который начинается с подводящего к станции канала и заканчивается спуском в водоём. Схема умещает всю траекторию перемещения жидкости с отображением сооружений и соединяющих их трубопроводов и лотков. У соединительных каналов указываются длина, поперечные сечения с отметками уровней воды (дна и поверхности). Такие отметки наносятся и для очистных сооружений.

Путь осадков начинается в точке, где они выпускаются из отстойников первичных, и заканчивается в точке присоединения дренажных линий иловых площадок (если они есть) к главному каналу. Если в проекте используются поля орошения и фильтрации, то для их карт необходимо составление также продольных и поперечных разрезов.

Пример компактной станции

Существуют проекты очистных станций, не нуждающихся в расчёте и составлении профилей движения сточной воды и осадков.

Полную очистку стоков биологическим методом при суточном их объёме не более 200 м³ можно обеспечить станцией, занимающей со всеми сооружениями всего одно здание. При компактном размещении элементов объём здания не превысит 2100 кубометров.

В такой станции центральным сооружением будет первичный отстойник, вокруг которого располагаются остальные. Стоки из приёмных колодцев перекачиваются при помощи вертикальных фекальных насосов в двухъярусный отстойник. Биологический фильтр охватывает отстойник снаружи незамкнутым кольцом. В осветлённую воду вводится хлор из хлораторной, и далее она задерживается во вторичном отстойнике для обеззараживания. Ил, сброженный в двухъярусном отстойнике, сушится на площадках, а несозревший во вторичном – выпускается в приёмные колодцы для повторной обработки вместе со сточными водами.

В станции практически отсутствуют соединяющие сооружения линии – выходное отверстие каждого одновременно является входным для последующего. Стены корпуса двухъярусного отстойника является внутренней для биофильтра и границей иловых площадок. Взаимное вертикальное расположение сооружений выдерживается уже при самом возведении станции.

От выбранных под очистные сооружения участка, способа очистки стоков, места их выпуска после очистки зависит вся компоновка станции.

Определение участка

При выборе местоположения сооружений исходят из следующих соображений:

• минимизации расстояния до канализуемого объекта;
• расположения по течению реки ниже объекта;
• соблюдения санитарных требований по изоляции ОС от жилых зданий и пищевых предприятий посредством защитных зон.

Защитная зона должна быть шириной, исключающей неблагоприятное воздействие на население и производство продуктов очистки сточных вод при принятых в проекте способах. Минимальная ширина зоны для станций с полями фильтрации составляет 1 км, для всех остальных методов очистки – 300 м.

Чтобы выделяющиеся газы не отравляли воздух в населённых пунктах, необходимо руководствоваться локальной розой ветров. Испарения и стоки не должны попадать в зоны, откуда питается водопроводная насосная станция, в концентрациях выше допустимых. Лучшим типом рельефа в месте возведения очистных сооружений является спокойный. Нужно стараться также располагать их в местах, где воды грунтовые находятся на глубине не ближе 5 м к поверхности. Поля орошения и фильтрации следует устраивать на приемлемых грунтах. Уклоны поверхности не должны превышать 0,01.

Генеральный план

Общую величину потребной площади определяют после разработки генплана ОС. Масштаб плана – 1:200 или 1:500. На выбор масштаба влияют производительность станции и номенклатура составляющих его сооружений, основных и вспомогательных.

На генплане должно отображаться расположение очистных сооружений, подводящих и отводящих трубопроводов, открытых и закрытых лотков и каналов, илопроводов. Требуется также нанесение всех дорог, водопровода и электрораспределительной сети (трансформаторных подстанций, разводки кабелей и т. д.).

Генеральный план должен предусматривать и возможность расширения комплекса в перспективе.

В целях экономии затрат, за основной механизм перемещения очистных вод между главными очистными сооружениями рекомендуется принимать самотечный. Поэтому при построении технологической цепочки нужно строить очистные сооружения с обеспечением должного перепада по высотам между ними. Из необходимости такого высотного взаиморасположения зависит и общая их компоновка, отражаемая на генеральном плане. Чтобы обеспечить определённую в проекте вертикальную увязку, для некоторых очистных сооружений может потребоваться (например, для вертикальных и двухъярусных отстойников) заглубление и обсыпка грунтом. На тех участках, где невозможно соблюсти нужные высоты для сооружений, обеспечивать переток сточных вод следует при помощи КНС.

В случае непредвиденных ситуаций должна быть предусмотрена возможность в аварийном порядке спускать сточные воды, минуя очистные сооружения. Система аварийного выпуска также должна быть на генеральный план нанесена.

Местоположения всех составляющих комплекса очистных сооружений на генеральном плане (площадок под них, выпусков очищенных сточных вод и аварийного) в обязательном порядке должны пройти согласование в Государственной санитарной инспекции и утверждение местным органом государственной власти.

Схемы очистных станций

Здесь будут рассмотрены компоновки очистных станций для относительно небольших объектов канализации. Указываются только базовые обязательные сооружения.

Станции механической очистки

Комплекс, в котором сточные воды очищаются механическим способом, состоит из сооружений:

• первичной очистки – решёток и песколовок;
• основных – двухъярусных отстойников;
• дезинфекции – хлораторной и контактного резервуара;
• сушки осадка – иловых площадок;
• выпуска сточных вод в водоём;
• лаборатории (при суточном расходе вод более 50 м³).

В качестве контактного резервуара предусматривается вторичный отстойник вертикальной конструкции. Минимальная продолжительность обеззараживания – 30 минут. На иловых площадках подсушиваются осадки из отстойников, двухъярусных и вторичных, поступление которых, по возможности, должно быть организовано самотёком. Далее ил направляется для соответствующих нужд.

Лаборатория создаётся для контролирования работы очистных сооружений.

Примечание. Комплекс очистных сооружений, может находиться от действующей на канализируемой территории водопроводной сети на большом расстоянии. Тогда в его составе, независимо от типа, предусмотрена должна быть собственная насосная станция водоснабжения.

Станции биологической очистки

Комплектация таких станций зависит от сооружений, которые выполняют биоочистку.

Поля орошения или фильтрации

Этот способ биологической очистки используется при величине расхода канализационных стоков выше 50 м³ в сутки. Базовая компоновка объекта отличается от станции механической очистки отсутствием обеззараживающих сооружений. Сточные воды дезинфицируются в полях орошения и фильтрации.

Стоки, пройдя через решётку и пескоуловитель, попадают в двухъярусные отстойники, где одновременно происходят механическая и первичная биологическая очистка. Сброженный осадок направляется на подсушку на иловые площадки, а осветлённая вода самостоятельно стекает по магистральному каналу на поле орошения и/или фильтрации. Предусмотрено также устройство площадок для намораживания сточной жидкости зимой. На сброс в водоём отфильтрованные в грунте воды направляются по открытым дренажным канавам.

Капельные биологические фильтры

Установка с капельными фильтрами обязательно дополняется сооружением для дезинфекции сточных вод. Технология обработки жидкости до биофильтра такая же, как и у предыдущей станции. Из отстойников вода подаётся в дозирующие баки фильтрующих устройств.

Очищенная в биологическом фильтре вода дезинфицируется хлорной водой в контактных резервуарах (вторичных отстойниках), после чего выпускается в водоём. На иловых площадках просушиваются осадки из обоих отстойников – двухъярусных и вторичных. Ил из второго типа сооружений, при соответствующей кондиции, может подаваться и непосредственно в двухъярусные.

Дренажные канавы отправляют собираемую с иловых площадок воду в подводящие к отстойникам трассы. В отстойник вторичный она подаётся выше точки вливания хлорной воды, в двухъярусный – в подводящий к нему канал.